如何處理刀尖半徑與圓弧的關系

肖伊

摘 要 文章以具體兩種類型的數控車床為例，通過分析加工過程中產生過切與少切的主要原因，通過處理好刀尖半徑與圓弧的關系，實現避免過切和少切的現象。

關鍵詞 處理過切 少切 刀尖半徑補償 系統

中圖分類號：G633.6 文獻標識碼：A

How to Deal with the Relationship between Tip Radius and Arc

XIAO Yi

(Yangchun Secondary Vocational and Technical School, Yangchun, Guangdong 529600)

Abstract Take two types of concrete CNC lathe, for example, generated by analyzing cut and small cut in the process, by handling the relationship between the tool nose radius and arc to achieve to avoid over-cutting and less cutting phenomenon.

Key words treated cut; a small cut; tool nose radius compensation; system

數控車床因通用性好、加工精度高、加工效率高的特點，是國內使用量最大、最廣的數控要機床。但在加工圓弧中，如圖（1）所示，在數車上面加工凸圓弧時，以對稱中心線為界，圓弧的右邊加工輪廓的實際尺寸比編程輪廓尺寸大即為少切，而圓弧的左邊加工輪廓的實際尺寸比編程輪廓尺寸小即為過切。為什么會出現這些現象,下面以廣州數控系統GSK980TA和華中世紀星車床數控系統HNC——21/22T數控車床為例來分析說明。

1 GSK980TA車床數控系統

GSK980TA車床數控系統不具有刀尖圓弧半徑補償功能，①為了達到尺寸要求，可以利用刀尖圓弧半徑偏移的編程方法實現。

在數控車床的編程與對刀過程中，通常把車刀刀尖看作一個假想刀尖點，在實際加工中，由于刀具磨損及精加工車刀刀尖被磨成半徑不大的圓弧。如圖2中的A點就是假想刀尖點，編程時是按假想刀尖軌跡編程，對刀也是按假想刀尖，即工件輪廓與假想刀尖軌跡重合，車削時起作用的切削刃卻是圓弧各切點，但是假想刀尖點與圓弧各切點是不同的，因此就出現了過切與少切的現象。

如圖3車端面、外圓柱面時無誤差產生，實際切削刃軌跡與工件輪廓軌跡一致；車削錐面、圓弧面時，實際切削刃軌跡與工件輪廓不重合有誤差。若實際加工中同時存在X、Z軸方向的位移，又沒有采取任何措施，就會出現過切或少切。

采用刀尖圓弧半徑圓心的方法進行編程解決過切與少切，首先應求出刀尖圓弧圓心軌跡，再以刀尖圓弧圓心軌跡進行編程。即先測量車刀刀尖圓弧半徑，再以圖形圓弧的輪廓為基準向圓心方向移一個半徑即得刀尖圓弧圓心軌跡（加工凹圓弧時），那么圖形圓弧輪廊編程半徑值為圖形的圓弧半徑加上刀尖圓弧半徑；加工凸圓弧時，再以圖形圓弧輪廓為基準向偏離圓心方向移一個半徑即得刀尖圓弧圓心軌跡，那么圖形圓弧輪廊編程半徑值為圖形的圓弧半徑減去刀尖圓弧半徑。因此，車刀實際切削點的軌跡與編程輪廓重合，則加工不會產生誤差。如圖4零件R10圓弧面采用圓弧車刀進行加工。先測量車刀刀尖圓弧半徑（假設測得是3mm），求出圖形圓弧輪廓編程半徑值為13mm,即10+3=13mm；確定圖形圓弧輪廊的起點和終點坐標，起點（X26.6,Z-8）,終點(X30.66,Z-16)；用刀尖圓心軌跡編寫加工程序。其加工程序略。注意，在以刀尖圓弧圓心軌跡進行編程時，對刀時應把刀尖圓弧半徑考慮進去，如圖4以工件右端面與軸線交點為程序原點建立工件坐標系，對刀時，車刀的左側碰到工件右端面后，但Z值輸入“3”，即刀尖圓弧半徑3mm，車刀車削工件的外圓后，其直徑為36mm，但X值應輸入“42”，即直徑36mm加上兩倍的刀尖半徑（刀尖圓弧半徑3mm）。（圖5）

2 華中世紀星車床數控系統HNC——21/22T

HNC—21/22T車床數控系統在加工圓弧的過程中，其數控裝置有刀尖半徑補償的功能，編程員只按零件的輪廓形狀編制加工程序，使用刀具半徑補償指令，并在控制面板上手工輸入刀尖圓弧半徑，數控裝置就能自動計算出刀具中心軌跡，并按刀具中心軌跡運動，自動消除實際切削點與刀位點之間的位置偏差，使加工輪廊與理想輪廓重合，從而實現高效率、高精度加工。

●代表刀具刀位點A，+代表刀尖圓弧圓心O

在應用刀尖半徑補償指令時，要根據是前刀架還是后刀架以及刀具的運動方向來選擇是用G41還是用G42, 還要根據零件圖形的輪廓形狀與刀具的運動方向選擇車刀刀尖方位,如圖7是車刀刀尖方位圖，如果用假想刀尖對刀。 平時用得最廣泛的車刀與刀尖方位是：90捌刀?5啊?5凹獾叮?號刀尖方位（車外輪廓），內輪廓為2號刀尖方位。現舉例該系統在加工零件時如何處理程序。

考慮刀尖半徑補償，編制圖8所示零件的加工程序：

用以上程序加工時，其車刀尖刀尖方位是3，刀尖半徑補償量R和刀尖方位號可通過面板上的功能健分別設定、修改并輸入到CNC刀具補償寄存器中。對刀時不用考慮刀尖圓弧半徑，如上圖以工件右端面與軸線交點為程序原點建立工件坐標系，對刀時，車刀的左側碰到工件右端面后，在刀具補償的對應刀號上輸入“Z等于0”，在對X方向時，刀具補償的對應刀號上應輸入“X等于直徑值”，即“X32”，（假設所測得的外徑是32mm）。

應用G41、G42、G40進行編程加工時還應注意以下幾點：（1） G41/G42 不帶參數，其補償號（代表所用刀具對應的刀尖半徑補償值）由T代碼指定。其刀尖圓弧補償號與刀具偏置補償號對應；（2）刀尖半徑補償的建立與取消只能用G00 或G01 指令，不能是G02 或G03；（3）補償程序段不得指定移動距離為0的G00、G01指令；（4）G40刀尖半徑補償取消程序段，必須同時有X、Z兩個方向的軸位移；

通過分析可知，在數控車削加工中不能忽略刀尖圓弧半徑對加工所造成的影響時，精加工就要進行車刀刀尖圓弧半徑補償。由于不同類型的數控系統其功能不同，因此在實際應用中針對不同的系統，采取相應的方法與措施，就可以避免數控車床加工過程中產生過切與少切的現象，提高零件加工精度。

參考文獻

[1] 宋小春,張木清主編.數控車床編程與操作.廣東經濟出版社,2005.

[2] 世紀星車床數控系統HNC-21/22T編程說明書.武漢華中數控股份有限公司.2001.11.

[3] 謝曉紅主編.數控車削編程與加工技術.電子工業出版社,2008.7.